KR20030083839A

KR20030083839A - 나노 입자크기를 갖는 적색 형광체의 제조방법

Info

Publication number: KR20030083839A
Application number: KR1020020022024A
Authority: KR
Inventors: 강윤찬; 박희동; 김은정
Original assignee: 한국화학연구원
Priority date: 2002-04-22
Filing date: 2002-04-22
Publication date: 2003-11-01
Also published as: KR100481618B1

Abstract

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 이트륨 가돌리늄계 적색 형광체의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 방법에 따라, 분무 용액 제조시 구연산과 같은 유기산 및 에틸렌글리콜과 같은 다가 알코올 용액을 적정비율로 첨가하고, 또한 탄산나트륨과 같은 융제를 첨가하여 제조된 이트륨 가돌리늄계 적색 형광체는, 속이 찬 나노 크기의 입자이므로, 발광특성이 우수하고 입도 분포가 향상되어 평판 디스플레이 및 삼파장 램프용 발광층에 유용하게 사용될 수 있다:

(Y_1-xGd_x)₂O₃:Eu_y

상기 식에서, 0≤x≤1이고, 0.001≤y≤0.5 이다.

Description

나노 입자크기를 갖는 적색 형광체의 제조방법{PREPARATION METHOD OF A NANO-SIZE RED PHOSPHOR}

본 발명은 나노 입자크기를 갖는 적색 형광체의 제조에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 분무열분해법에 의한 형광체 제조에 있어서, 분무 용액 제조시 유기산과 다가 알코올 용액을 적정비율로 첨가하고 여기에 융제를 더하여 첨가하는 것을 포함하는, 나노 입자크기를 갖는 적색 형광체의 제조방법에 관한 것이다.

분무열분해법에 의한 형광체의 제조는 모체가 되는 금속 화합물을 포함하는 전구체 용액으로부터 액적을 분무시킨 후 이 분무된 액적을 고온에서 건조 및 열 분해시킴으로써 형광체 입자를 제조하는 것이다. 이와 같이, 분무열분해법은 균일한 전구체 혼합용액으로부터 형성된 액적으로 다성분계 입자를 제조함으로써 순수한 조성을 가진 입자의 제조가 가능하며, 이때 액적내에서 건조, 열분해 및 결정화가 이루어져 하나의 입자를 생성하므로 수 마이크로미터 크기의 분말이 제조될 수 있다.

대량 생산 체제의 분무열분해 공정에 있어서는, 기존의 소규모 생산시보다 운반기체의 유량이 증가하고 반응기의 크기도 증가하기 때문에 형광체 분말들의 형태 제어가 어렵다. 즉, 운반기체의 유량 및 반응기의 크기가 증가하여, 액적의 건조속도가 빨라질수록 보다 속이 빈 형태의 분말들이 얻어지기 때문에, 고온의 열처리 공정 후에 얻어지는 형광체 분말들의 구형의 형상이 깨지고 불규칙한 형상의 분말들이 수득된다.

또한, 형광체의 발광은 주로 분말의 표면에서 이루어지므로, 입자의 크기가 작을수록 표면적이 증가하여 발광세기가 증가하게 된다. 그러나 입자의 크기가 어느 한계 이하로 작아지게 되면 산란된 빛들이 입자들 사이에서 흡수되어 사라지기 때문에 최고의 발광특성을 나타내기 위한 최적의 형광체 조건은 서브 마이크로 크기의 형광체 분말이 구형의 형태를 유지할 때 발광세기가 정점에 있게 된다.

문헌[강윤찬 외, 한국화학공학회지, 38(2), pp225-258]에는 분무열분해법에 의한 Gd₂O₃:Eu 형광체의 제조방법이 개시되어 있으며, 이때 전구체 용액 제조시 융제로서 LiCl를 사용하는 것이 기재되어 있다. 그러나 상기 문헌에 개시된 Gd₂O₃:Eu 형광체는 상기 융제를 사용함으로써 발광휘도는 어느 정도 증가하였으나 수 마이크로 정도의 입자 크기를 가진다.

이에, 본 발명자들은 분무열분해법으로 (YGd)₂O₃:Eu 형광체 분말을 제조함에 있어서 최고의 발광 특성을 나타내는 최적의 입자 조건에 대한 연구를 지속적으로 수행한 결과, 나노 입자크기를 가지며 속이 찬 구형의 형광체 분말은 분무 용액 제조시에 유기산과 다가 알코올 용액, 및 융제를 첨가하고 열처리 조건을 최적으로 조절함으로써 달성할 수 있음을 발견하여, 발광 특성이 향상된 나노 입자크기를 갖는 적색 형광체의 제조방법을 개발하기에 이른 것이다.

즉, 본 발명의 목적은 분무열분해법을 이용한 형광체 분말의 제조공정시 분무 용액에 고분자 형성을 위한 유기산과 다가 알코올 용액, 및 융제를 첨가함으로써, 나노 입자크기를 가지면서 속이 찬 형태의 (YGd)₂O₃:Eu 적색 형광체 분말의 제조방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른, 구연산과 에틸렌글리콜, 및 융제를 첨가하여 제조된 Gd_1.75O₃:Eu_0.25형광체 분말의 전자현미경 사진이고;

도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예 2 내지 4에 따른, 융제의 첨가량을 각각 3%, 5% 및 7% 로 하여 제조된 Gd_1.75O₃:Eu_0.25형광체 분말의 전자현미경 사진이고;

도 5는 본 발명의 실시예 5에 따른, 열처리후 밀링 공정을 더 수행하여 수득된 Gd_1.75O₃:Eu_0.25형광체 분말의 전자현미경 사진이고;

도 6은 본 발명의 실시예 6에 따른, 구연산과 에틸렌글리콜, 및 융제를 첨가하여 제조된 Y_1.75O₃:Eu_0.25형광체 분말의 전자현미경 사진이고;

도 7 및 도 8은 본 발명의 비교예 1 및 2에 따른 Gd_1.75O₃:Eu_0.25형광체 분말의 전자현미경 사진이고;

도 9는 본 발명의 실시예 1, 7 내지 9, 및 시판되는 이트륨계 적색 형광체 분말의 자외선 영역에서의 발광 스펙트럼이고;

도 10은 본 발명의 실시예 1 내지 4, 및 비교예 2에 따라 제조된 가돌리늄계 적색 형광체 분말의 융제 첨가량 및 열처리 온도 변화에 따른 발광세기를 나타낸 그래프이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 (1) 이트륨(Y) 화합물, 가돌리늄(Gd) 화합물 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 1종; 유로피움(Eu) 화합물; 고분자를 형성하기 위한 유기산과 다가 알코올; 및 탄산나트륨, 염화칼륨(KCl), 염화나트륨(NaCl), 염화리튬(LiCl), 탄산리튬(Li₂CO₃), 탄산칼륨(K₂CO₃), 브롬화칼륨(KBr) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 융제를 용매에 용해시켜 형광체 입자 전구체 용액을 제조하고; (2) 상기 전구체 용액을 분무장치에 투입하여 0.1∼100㎛ 직경의 액적을 형성시키고; 그리고 (3) 상기 액적을 건조 및 열분해시켜 형광체 분말을 합성한 후, 합성된 형광체 분말을 열처리하는 것을 포함하는, 하기 화학식 1로 표시되는 나노 입자크기의 형광체의 제조방법을 제공한다:

화학식 1

(Y_1-xGd_x)₂O₃:Eu_y

상기 식에서, 0≤x≤1이고, 0.001≤y≤0.5 이다.

이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

<제 1 공정: 형광체 입자 전구체 용액의 조제>

본 발명의 형광체 입자를 제조하기 위한 전구체 용액의 제조공정에 있어서, 형광체 분말의 모체로서 이트륨 화합물 또는 가돌리늄 화합물이 사용되며, 상기 모체를 도핑하기 위한 활성제로서 유로피움 화합물이 사용된다. 이들 전구체 물질들은 용매, 예를 들면, 물, 알코올 또는 약산에 용해시켜 사용되며, 쉽게 용해되도록 이들의 질산염, 초산염, 염화물, 수화물 또는 산화물의 형태가 바람직하며, 사용량은 화학식 1의 조건을 만족하도록 적절히 조절될 수 있다.

본 발명에서는 생성된 액적의 내부에 고분자 물질을 생성시키기 위해 분무 용액 제조시에 유기산 및 다가 알코올 용액을 첨가하는 것을 특징으로 하며, 이들이 고온에서 서로 에스테르화 반응을 일으킴에 따라 형광체 분말내에 고분자가 형성된다. 이들은 각각 용매, 예를 들면 증류수에 용해시킨 용액을 상기 전구체 물질들의 혼합 용액에 함께 혼합되어 사용된다.

형광체 모체로서의 이트륨 화합물 및/또는 가돌리늄 화합물; 활성제로서 유로피움 화합물; 및 구연산과 같은 유기산 및 에틸렌글리콜과 같은 다가 알코올 용액을 포함하는 상기 전구체 용액의 농도에 따라 형광체 입자의 크기가 결정된다. 전구체 용액의 총 농도는 0.02 내지 3M의 범위가 바람직하며, 농도가 진할수록 더욱 바람직하다. 상기 농도가 0.02M 미만인 경우에는 형광체 분말의 생산성이 저하되고, 3M 이상인 경우에는 분무하기가 어렵다.

상기 유기산의 예로서는, 구연산, 사과산, 메소 주석산, 포도 산 또는 메콘산이 사용될 수 있으며, 이중에서 구연산이 바람직하다. 상기 다가 알코올의 예로서는 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 테트라에틸렌글리콜, 부탄디올-1,4-헥실렌글리콜옥실렌글리콜, 글리세린 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된, 3가, 4가, 5가 알코올 등 다가 알코올이 사용될 수 있으며, 이중에서 에틸렌글리콜이 바람직하다.

유기산 및 다가 알코올을 부가하지 않고 가돌리늄 화합물 및/또는 이트륨 화합물, 및 유로피움 화합물로만 구성되며 분무열분해 공정에 의해 제조된 종래의 형광체 분말들은, 속이 빈 다공성 형태를 가지므로 연속되는 고온의 열처리 공정에서 구형의 형상이 깨지기 쉬운 단점을 가진다. 이와는 달리, 본원발명의 방법에 따라 전구체 혼합 용액에 구연산과 같은 유기산 및 에틸렌글리콜과 같은 다가 알코올 용액을 첨가하여 제조하는 경우에는 수득된 분말들이 속이 채워진 형태를 가지므로 연속되는 고온의 열처리 후에도 구형의 형상을 유지할 수 있으며, 형광체의 표면 형태가 좋아지고 우수한 발광휘도를 가질 수 있다.

이때 유기산과 다가 알코올의 첨가량 및 혼합비는 적색 형광체 분말의 형태조절 및 발광 휘도에 있어 매우 중요하다. 분무용액 제조시 첨가되는 상기 유기산 및 다가 알코올 용액의 바람직한 농도는 0.01 내지 2M이며, 이들 각각의 농도가 0.01M 보다 낮은 경우에는 형광체 분말의 생산량이 적고, 2M보다 높은 경우에는 용액의 분무가 어렵다.

또한, 본 발명에서는 분무 용액 제조시 상기 고분자 생성용 유기산 및 다가 알코올 용액 외에, 융제를 분무 용액에 0.1 내지 15% 범위의 농도로 첨가하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 형광체 제조방법에서 사용되는 융제는 입자들간의 확산거리 및 반응의 활성화 에너지를 감소시킴으로써 저온에서의 형광체 입자의 결정 성장을 도와주고, 비교적 낮은 온도에서 열처리하여도 형광체 입자의 결정상 자체가 하나의 형광체 입자를 이루도록 하여, 나노 입자크기의 형광체가 수득될 수 있다. 상기 융제로는 Na₂CO₃, KCl, NaCl, LiCl, Li₂CO₃, K₂CO₃, KBr 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있으며, 이중에서 Na₂CO₃이 바람직하다.

<제 2 공정: 액적의 분무>

상기에서 수득된 전구체 용액은 분무장치를 이용하여 액적으로 분무되며, 상기 액적의 직경은 0.1∼100 ㎛ 범위를 가지는 것이 바람직하다. 액적의 직경이 0.1㎛ 미만인 경우에는 생성되는 형광체 입자의 크기가 너무 작고, 100㎛ 보다 큰 경우에는 형광체 입자의 크기가 너무 크다.

상기 분무장치로는 초음파 분무장치, 공기노즐 분무장치, 초음파노즐 분무장치, 필터 팽창 액적 발생장치(filter expansion aerosol generator, FEAG) 등이 사용될 수 있다. 상기 초음파 분무장치 및 FEAG는 고농도에서 서브(sub) 마이크론 크기의 미세한 형광체 분말의 제조가 가능하고, 공기노즐과 초음파노즐은 마이크론에서 서브마이크론 크기의 입자들을 대량으로 생산할 수 있다. 또한, 생성된 형광체 분말의 형태를 조절하기 위해서는 수 마이크론 크기의 미세 액적을 발생시킬 수 있는 초음파 액적 발생장치가 보다 적합하다.

<제 3 공정: 형광체 분말의 생성>

상기 액적 발생장치로부터 생성된 미세 액적은 고온의 관형 반응기에서 형광체 입자의 전구 물질로 전환된다. 이때, 반응 전기로의 온도는 전구체 물질들을 건조 및 열분해 시킬 수 있는 범위인 200 내지 1500℃가 바람직하다. 이렇게 건조 열분해된 형광체 입자는 충분한 결정 성장 및 구형의 형상을 유지할 수 있도록 열처리될 수 있으며, 이때 열처리 온도는 800 내지 1500℃, 바람직하게는 900 내지 1250℃에서 1 내지 5시간 동안 수행된다. 본 발명에서는, 전구체 용액 제조시 융제를 첨가함에 따라 종래의 1600℃ 이상에서 열처리되는 고상법에 의한 형광체 제조시 보다 매우 낮은 온도 범위에서 열처리될 수 있다. 이러한 융제는 형광체 입자내에 형성된 고분자와 반응함으로써 형광체 입자를 나노 크기로 작게 하는 역할을 한다. 열처리 공정에서의 온도는 형광체의 종류에 따라 그 적절한 온도가 달라질 수 있다.

수득된 형광체 입자의 분산성을 향상시키기 위하여, 상기 열처리된 형광체에추가로 밀링(milling) 공정을 수행할 수 있다.

본 발명의 방법에 따라, 분무열분해법에 의한 이트륨 가돌리늄계 형광체 제조에 있어서, 전구체 용액 제조시에 고분자를 형성하기 위한 유기산과 다가 알코올, 및 융제를 함께 첨가함으로써 제조된 본 발명의 (Y_1-xGd_x)₂O₃:Eu_y적색 형광체는 입자크기가 나노 크기를 가지며 구형의 형상을 유지할 수 있고, 입도 분포가 좋아 페이스팅 과정에서의 분산 특성, 유동성, 코팅 특성을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 전계방출 또는 플라즈마 디스플레이와 같은 평판 디스플레이 및 삼파장 램프의 고발광 적색 형광체로서 적합하다.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

실시예

본 발명에서는 분무 장치로서 초음파 액적 발생장치를 사용하였으며, 여기에서 액적 발생 부위인 진동자(주파수: 1.7MHz)를 직렬로 6개 연결하였으며, 이러한 액적 발생장치들을 병렬로 연결하여 사용하였다. 이에 따라, 시간당 수십ℓ의 액적을 발생시킬 수 있으며, 분무열분해법에 의한 형광체 분말의 상업적 대량생산이 가능하다. 또한 종래의 초음파 액적 발생장치들은 진동자와 용액이 직접 접촉되는 반면, 본 발명에서는 용액과 진동자간의 접촉을 막기 위해 고분자 필름, 예를 들면폴리아세탈 필름 차단막을 이용하였으며, 구체적으로, 전구체 용액을 담기 위한 용기를 유리나 아크릴로 제작하고 그 밑면에 폴리아세탈 필름을 부착하였다. 이러한 고분자 필름은 액적의 분무가 잘 수행되도록 하며 초음파의 진동에 매우 안정하여 반영구적으로 사용될 수 있다.

실시예 1: Gd_1.75O₃:Eu_0.25형광체 분말의 제조

원료물질로서, 가돌리늄(Gd) 및 유로피움(Eu)의 질산염에 탄산나트륨과 구연산 및 에틸렌글리콜 용액을 각각 0.2M씩 균일하게 혼합하여 총 농도가 0.5M이 되도록 분무 용액을 제조하였다. 구체적으로, 증류수 100㎖에 가돌리늄 질산염 19.7g, 유로피움 질산염 2.65g, 구연산 4.2g, 에틸렌글리콜 1.11㎖, 및 탄산나트륨 1%를 첨가하여 표제 화합물과 같은 조성을 가지도록 전구체 용액을 제조하였다. 이렇게 준비된 전구체 용액을 초음파 분무장치에 넣고 서브 마이크론 크기의 액적으로 발생시켰으며, 발생된 액적들을 반응기의 온도 600℃에서 수초동안 건조 및 열분해시켜 분말을 얻었다. 이렇게 수득된 형광체 입자를 알루미나 보트에 넣고 압축공기를 45ℓ/min으로 흘려주면서 공기 분위기하에서 1050℃에서 3시간 동안 열처리하여, 표제 조성을 가진 형광체 분말을 수득하였다. 이 입자의 전자현미경 사진을 도 1에 나타내었다.

실시예 2 내지 4: Gd_1.75O₃:Eu_0.25형광체 분말의 제조

탄산나트륨의 첨가량을 각각 3%, 5% 및 7%로 혼합한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 절차에 의해 표제 형광체 분말을 제조하였으며, 각 입자들의 전자현미경 사진을 각각 도 2 내지 도 4에 나타내었다.

실시예 5: Gd_1.75O₃:Eu_0.25형광체 분말의 제조

실시예 1에서 열처리 공정 후 수득된 형광체 분말을 밀링기(MM2000, Retsh사)에 넣고 융제의 종류, 농도, 열처리 조건 등을 고려하여 밀링(milling)함에 따라 분산성이 향상된 형광체 분말을 제조하였으며, 이 입자의 전자현미경 사진을 도 5에 나타내었다.

실시예 6: Y_1.75O₃:Eu_0.25형광체 분말의 제조

가돌리늄 질산염 19.7g 대신에 이트륨 질산염 18g을 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 절차에 의해 표제 형광체 분말을 제조하였으며, 이 입자의 전자현미경 사진을 도 6에 나타내었다.

실시예 7 내지 9: Gd_1.75O₃:Eu_0.25형광체 분말의 제조

열처리 공정을 각각 1100℃, 1150℃ 및 1200℃에서 3시간 동안 수행한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 절차에 의해 표제 형광체 분말들을 제조하였다.

비교예 1: Gd_1.75O₃:Eu_0.25형광체 분말의 제조(고분자 형성용 용액 및 융제 미첨가)

형광체 입자 내부에 고분자 물질을 형성하기 위한 구연산과 에틸렌글리콜 용액 및 융제인 탄산나트륨을 첨가하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 절차에 의해 표제 형광체 분말을 제조하였다. 이 입자의 전자현미경 사진을 도 7에 나타내었다.

비교예 2: Gd_1.75O₃:Eu_0.25형광체 분말의 제조(융제 미첨가)

융제인 탄산나트륨을 첨가하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 절차에 의해 표제 형광체 분말을 제조하였으며, 이 입자의 전자현미경 사진을 도 8에 나타내었다.

시험예 1: 표면 특성

도 1 내지 도 4에 도시된 형광체들은 각각 실시예 1 내지 4에서 수득된 것이며, 이들은 모두 전구체 용액 제조시 고분자 형성용 구연산 및 에틸렌글리콜을 첨가하였으며, 융제를 각각 1%, 3%, 5% 및 7%씩 첨가하여 제조된 것이다. 이들은 모두 구형이고, 내부에 고분자 물질이 생성됨에 따라 속이 찬 형태이며, 또한 첨가된 융제로 인해 내부가 결정성장 형태로 분리되어 나노 입자크기를 가진다. 도 5에 도시된, 열처리 후 밀링 공정이 추가로 수행된 형광체(실시예 5)는 입자간 분산도가 향상되었으며, 도 6에서 보는 바와 같이, 모체로서 이트륨을 포함하는 형광체(실시예 6)도 나노 입자크기를 가짐을 알 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 분무 용액 제조시 고분자 형성을 위한 구연산 및 에틸렌글리콜과, 융제로서 탄산나트륨을 첨가하지 않고 제조된 형광체 분말(비교예 1)은 속이 비고 구형을 유지하지 못한 채 깨져있으며, 도 8에서 보는 바와 같이, 분무 용액 제조시 구연산 및 에틸렌글리콜이 첨가된 형광체(비교예 2)는 구형을 유지하며 속이 찬 형태를 가지나, 상기 형광체들 모두 수 마이크로 크기를 가진다.

시험예 2: 발광 특성

실시예 1, 7 내지 9에서 수득된 형광체 분말 및 시판되는 이트륨 형광체 분말(일본 니치아사) 들을 이용하여, 파장이 500 내지 700nm인 자외선 영역하에서의 발광 스펙트럼을 도 9에 나타내었다. 도 9로부터, 전구체 용액의 조성이 동일한 경우에는 열처리 온도가 증가할수록 발광세기가 증가함을 알 수 있다.

도 10은 융제의 농도 및 열처리 온도에 따른 발광휘도의 결과를 나타낸 것이다. 도 10에서 보는 바와 같이, 탄산나트륨의 농도가 5%이고 열처리온도가 1150℃인 경우에 최대의 발광세기를 나타내며, 열처리 온도가 낮은 경우에는 융제의 농도를 증가시킴에 따라 발광세기가 증가하며, 열처리 온도가 높은 경우에는 융제의 농도를 증가시킴에 따라 발광세기가 감소한다. 이는 열처리 온도가 증가될수록 융제의 첨가량의 증가에 따른 입가간 응집 현상으로 인해 발광세기가 감소함에 기인된 것으로 고려된다.

본 발명의 방법에 따라 제조된 이트륨 가돌리늄계 형광체는 종래 분무열분해 공정에 의해 제조된 적색 형광체의 입자 크기가 수 마이크로인 것에 비해 입자 크기가 나노 크기로서 대폭 감소되었으며, 분무 용액 제조시 구연산과 같은 유기산 및 에틸렌글리콜과 같은 다가 알코올을 적당량 첨가함에 따라 형광체 입자 생성시 내부에 고분자를 형성함으로써, 속이 꽉 찬 형태의 형광체를 수득할 수 있다. 또한 종래 방법에 따라 고분자 전구체만을 첨가하여 제조된 (YGd)₂O₃:Eu 형광체가 여러 개의 결정상들이 모인 구형인 반면, 고분자 용액에 탄산나트륨과 같은 융제를 첨가함으로써 제조된 본 발명의 적색 형광체는 상기 융제로 인하여 구형을 이루던 결정상들이 각각 분리됨에 따라 나노입자 크기를 가질 수 있으며, 우수한 발광 특성 또한 얻을 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 방법에 따라 제조된 적색 형광체는, 분무 용액 제조시 유기산과 다가 알코올을 적당량 첨가함으로써 속이 꽉 찬 형광체 입자가 수득되며, 또한 상기 분무 용액에 고분자와 함께 융제를 첨가함으로써 나노 입자크기를 가질 수 있으며, 상기 나노 크기의 적색 형광체는, 종래의 Y₂O₃:Eu 상용 형광체 분말보다 발광휘도가 좋고, 페이스팅 과정에서의 분산성, 유동성 및 코팅 특성이 우수하며 대량 생산이 가능하므로, 디스플레이, 램프 등에 효과적으로 적용될 수 있다.

Claims

(1) 이트륨(Y) 화합물, 가돌리늄(Gd) 화합물 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 1종, 유로피움(Eu) 화합물, 고분자를 형성하기 위한 유기산과 다가 알코올, 및 융제를 용매에 용해시켜 형광체 입자 전구체 용액을 제조하고;

(2) 상기 전구체 용액을 분무장치에 투입하여 0.1∼100㎛ 직경의 액적을 형성시키고; 그리고

(3) 상기 액적을 건조 및 열분해시켜 형광체 분말을 합성하고, 합성된 형광체 분말을 열처리하는 것을 포함하는, 하기 화학식 1로 표시되는 나노 입자크기의 형광체의 제조방법:

화학식 1

(Y_1-xGd_x)₂O₃:Eu_y

상기 식에서, 0≤x≤1이고, 0.001≤y≤0.5 이다.
제1항에 있어서,

전구체 용액의 총 농도가 0.02 내지 3M임을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,

유기산 및 다가 알코올 용액의 농도가 각각 0.01 내지 2M임을 특징으로 하는 방법.
제3항에 있어서,

유기산이 구연산, 사과산, 메소 주석산, 포도산 및 메콘산 중에서 선택된 1종 이상이며; 다가 알코올이 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 트리글리콜, 테트라에틸렌글리콜, 부탄디올-1,4-헥실렌글리콜옥실렌글리콜 및 글리세린 중에서 선택된 1종 이상임을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,

융제의 농도가 0.01 내지 15%임을 특징으로 하는 방법.
제5항에 있어서,

융제가 탄산나트륨(Na₂CO₃), 염화칼륨(KCl), 염화나트륨(NaCl), 염화리튬(LiCl), 탄산리튬(Li₂CO₃), 탄산칼륨(K₂CO₃) 및 브롬화칼륨(KBr) 중에서 선택된 1종 이상임을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,

단계 (3)의 건조 및 열분해가 200 내지 1500℃에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,

단계 (3)의 열처리 공정이 800 내지 1500℃에서 1 내지 5시간 동안 수행됨을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,

이트륨, 가돌리늄 또는 유로피움 화합물이 각각의 질산염, 초산염, 염화물 또는 산화물임을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,

분무장치가 초음파, 공기노즐, 초음파노즐 및 필터팽창 액적 발생 장치 중에서 선택됨을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,

열처리공정 후에 밀링(milling) 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 하기 화학식 1로 표시된, 나노 입자크기의 적색 형광체:

화학식 1

(Y_1-xGd_x)₂O₃:Eu_y

상기 식에서, 0≤x≤1이고, 0.001≤y≤0.5 이다.